มนุษย์ทำได้หลายอย่างที่พืชทำไม่ได้ เราเดินได้ พูดได้ ได้ยิน มองเห็น และสัมผัสได้ แต่พืชมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งเหนือมนุษย์ นั่นคือ พวกมันสามารถดึงพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้โดยตรง
กระบวนการเปลี่ยนแสงแดดโดยตรงให้เป็นพลังงานที่ใช้งานได้ ซึ่งเรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง ในไม่ช้านี้ มนุษย์ก็สามารถเลียนแบบการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเชื้อเพลิงที่สะอาด จัดเก็บได้ และมีประสิทธิภาพ ถ้าเป็นเช่นนั้น มันสามารถเปิดพรมแดนใหม่ของพลังงานสะอาดได้ พลังงานเพียงพอที่จะกระทบพื้นโลกในรูปของแสงแดดในหนึ่งชั่วโมงเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานของอารยธรรมมนุษย์ตลอดทั้งปี
พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งควบคุมโดยเซลล์แสงอาทิตย์เป็นพลังงานสะอาดสองรูปแบบหลักที่มีอยู่ การเพิ่มลำดับที่สาม—การสังเคราะห์ด้วยแสงสังเคราะห์—จะเปลี่ยนภูมิทัศน์ของพลังงานหมุนเวียนอย่างมาก ความสามารถในการเก็บพลังงานได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ จะช่วยปรับปรุงความสามารถของมนุษย์ในการขับเคลื่อนสังคมได้อย่างสะอาดและมีประสิทธิภาพ
ทั้งกังหันลมและเซลล์แสงอาทิตย์มีข้อเสียในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและปัจจัยที่ซับซ้อน
นักวิจัยทั่วโลกกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อพยายามหาพลังงานที่เข้าถึงได้ พลังงานที่สะอาดและยั่งยืนที่เราสร้างขึ้นด้วยองค์ประกอบปลอดสารพิษที่หาได้ง่าย การสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์เป็นหนทางข้างหน้า
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการเต้นที่ซับซ้อนของกระบวนการโดยที่พืชเปลี่ยนความกระจ่างใสของดวงอาทิตย์และโมเลกุลของน้ำให้เป็นพลังงานที่ใช้งานได้ในรูปของกลูโคส ในการทำเช่นนี้ พวกเขาใช้เม็ดสี ซึ่งมักจะเป็นคลอโรฟิลล์ที่มีชื่อเสียง เช่นเดียวกับโปรตีน เอนไซม์ และโลหะ
กระบวนการที่ใกล้เคียงที่สุดในการสังเคราะห์แสงที่มนุษย์มีในปัจจุบันคือไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เทคโนโลยีโดยที่เซลล์แสงอาทิตย์แปลงพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า กระบวนการดังกล่าวไม่มีประสิทธิภาพ โดยสามารถจับพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้เพียงประมาณ 20% เท่านั้น ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ด้วยแสงมีประสิทธิภาพมากกว่าอย่างมาก สามารถกักเก็บพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้ 60% เป็นพลังงานเคมีในชีวโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง
ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างง่าย—แผงโซลาร์—ถูกจำกัดด้วยความสามารถของเซมิคอนดักเตอร์ในการดูดซับพลังงานแสงและโดยความสามารถของเซลล์ในการผลิตพลังงาน ขีดจำกัดนั้นเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถทำได้ดีกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงสังเคราะห์
ด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียม ไม่มีข้อจำกัดทางกายภาพพื้นฐาน คุณสามารถจินตนาการถึงระบบที่ได้ผล 60% อย่างง่ายดาย เพราะเรามีแบบอย่างในการสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติอยู่แล้ว และถ้าเรามีความทะเยอทะยานมาก เราก็สามารถจินตนาการถึงระบบที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 80%
การสังเคราะห์ด้วยแสงมีประสิทธิภาพอย่างมากเมื่อพูดถึงการแยกน้ำ ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์ โปรตีน Photosystems II ในพืชทำสิ่งนี้เป็นพันครั้งต่อวินาที กะพริบตา เสร็จแล้ว
กลุ่มนักวิจัยกำลังเลียนแบบกระบวนการนี้โดยการสร้างแอนะล็อกของใบไม้ประดิษฐ์ขึ้นเอง ซึ่งรวบรวมแสงและแยกโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างไฮโดรเจน ไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ด้วยตัวเองผ่านเซลล์เชื้อเพลิงหรือเติมลงในเชื้อเพลิงอื่นๆ เช่น ก๊าซธรรมชาติ หรือสร้างไว้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อให้พลังงานแก่ทุกอย่างตั้งแต่รถยนต์ บ้าน ไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก ห้องปฏิบัติการ และโรงพยาบาล
นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองกับโปรตีนระบบแสงธรรมชาติ II และตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์เพื่อพยายามทำความเข้าใจว่าสิ่งใดใช้ได้ผลดีที่สุด และเพราะเหตุใด พวกเขายังให้ความสำคัญกับการใช้สารประกอบและสารเคมีที่หาได้ง่ายบนโลก เข้าถึงได้ง่าย และไม่เป็นพิษต่อโลก
ความก้าวหน้าในการสังเคราะห์แสงเทียมนั้นซับซ้อน แม้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมีหลายแง่มุม เป็นความจริงที่นักศึกษาชีวเคมีทุกหนแห่งคร่ำครวญ
ปฏิกิริยานี้ซับซ้อนมาก เคมีของการแยกโมเลกุลของน้ำนั้นซับซ้อนและยากมาก
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมมาตั้งแต่ปี 1970 นั่นเป็นเวลานาน แต่ไม่ใช่เมื่อคุณจำได้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงใช้เวลาหลายล้านปีในการพัฒนา ไม่เพียงแค่นั้น แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่เหมือนกับการบิน การสื่อสาร หรือความฉลาด มีการวิวัฒนาการเพียงครั้งเดียว ประมาณ 3 พันล้านปีก่อน หรือประมาณ 1.5 พันล้านปีในการดำรงอยู่ของโลก
ทีมงานวางตัวว่าภายใน 10-15 ปีข้างหน้าจะมีความคืบหน้าเพียงพอในเชิงพาณิชย์ เทียม ระบบสังเคราะห์แสงอาจเริ่มออนไลน์